撮像装置
【課題】省電力とノイズ低減とを両立する撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮像素子と、撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、制御信号に基づいて少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバとを備えている。
【解決手段】撮像装置は、撮像素子と、撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、制御信号に基づいて少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバとを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関する。より具体的には、本発明は、制御信号を利用してアクチュエータを駆動してレンズの位置制御を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光学式記録再生装置の光ピックアップ回路に使用されるフォーカス制御回路を開示する。このフォーカス制御回路は、フォーカスサーチ動作およびフォーカスサーボ動作に共用され、かつ、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動される。このような動作を可能とするために駆動信号をＰＷＭ周期毎に発生するのではなく数周期に１回だけ発生させる制御回路が設けられている。
【０００３】
これにより、ＰＷＭ駆動でも対物レンズの微小移動が可能となり、共通のハードウェアでフォーカスサーチ動作、フォーカスサーボ動作を実現できるため、回路の省電力化、コストダウンが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＷＭ制御は省電力化に非常に有効であるが、その反面、ノイズが発生するという問題がある。ＰＷＭ制御によって駆動コイルやモータを駆動させると、ＰＷＭ制御のオフタイム中のコイルやモータの自己誘導作用によって逆起電力が発生する。これが、いわゆるスイッチングノイズまたは駆動ノイズとなり、他の信号に混入する。その結果、本来必要となる信号の波形を乱し信号品質を低下させてしまう。
【０００６】
上記特許文献１は、ＰＷＭ駆動により生じるノイズに関しては考慮していない。
【０００７】
このようなスイッチングノイズは近年の撮像装置においては無視できない問題である。その理由は、撮像素子の画素数が非常に増加したことによって各撮像素子の受光面積が小さくなり、信号対雑音比が悪化してきたためである。ノイズの影響は、撮影時の被写体条件が悪いとき、たとえば光量が少なく被写体が暗いときには顕著である。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、省電力とノイズ低減とを両立する撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある実施形態にかかる撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、制御信号に基づいて前記少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、前記制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバとを備えている。
【００１０】
前記被写体条件は撮影された画像の明るさに関しており、前記ドライバは、撮影された画像の明るさが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記明るさが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力してもよい。
【００１１】
前記被写体条件は撮影された画像の高周波成分に関しており、前記ドライバは、撮影された画像の高周波成分の量が予め定められた値以上のときは前記アナログ制御信号を出力し、前記高周波成分の量が予め定められた値より小さいときは前記デジタル制御信号を出力してもよい。
【００１２】
前記被写体条件は撮影された画像のコントラストに関しており、前記ドライバは、撮影された画像のコントラストが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記コントラストが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力してもよい。
【００１３】
前記ドライバは、パルス波形の信号を出力する第１回路と、非パルス波形の信号を出力する第２回路と、前記パルス波形の信号および前記非パルス波形の信号を選択的に利用するためのスイッチングを行う少なくとも１つのスイッチとを有しており、前記ドライバは、前記少なくとも１つのスイッチを利用して、前記撮影時の被写体条件に応じてスイッチングを行い、前記パルス波形の信号の利用時には、前記第１回路から出力された前記パルス波形の信号に基づいて前記デジタル信号を生成し、前記非パルス波形の信号の利用時には、前記第２回路から出力された前記非パルス波形の信号に基づいて前記アナログ信号を生成してもよい。
【００１４】
前記第２回路は、前記第１回路が出力した前記パルス波形の信号に基づいて、前記非パルス波形の信号を生成してもよい。
【００１５】
前記少なくとも１つのレンズは、前記撮像素子上の前記被写体像を拡大又は縮小させるズームレンズ、前記被写体像の振れを低減するＯＩＳレンズ、および、被写体像への焦点距離を調整するフォーカスレンズのいずれかを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のある実施形態にかかる撮像装置によれば、アクチュエータに制御信号を出力するドライバは、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替える。デジタル制御信号利用時には省電力化を図ることができ、アナログ制御信号利用時にはノイズ低減を図ることができる。これにより、省電力とノイズ低減を両立できる撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるデジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。
【図２】フォーカスアクチュエータ２９０の構成の一例示す構成図である。
【図３】フォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】フォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明するための、フォーカスドライバ３００の処理手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】フォーカスドライバ３００が出力するアナログ制御信号の波形図である。
【図５Ｂ】フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。
【図６】変形例にかかるフォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による撮像装置の実施形態を説明する。以下では、撮像装置としてデジタルビデオカメラを例に挙げて説明する。
【００１９】
〔１．デジタルビデオカメラの構成〕
本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の電気的構成について、図１を用いて説明する。
【００２０】
図１は、デジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。デジタルビデオカメラ１００は、ズームレンズ１１０等からなる光学系により形成された被写体像をＣＭＯＳイメージセンサー１８０（「撮像素子」とも呼ぶ。）で撮像する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データは、画像処理部１９０で各種処理が施され、メモリカード２４０に格納される。また、メモリカード２４０に格納された映像データは、液晶モニタ２７０で表示可能である。
【００２１】
本実施形態においては、デジタルビデオカメラ１００は、撮影時の被写体条件（撮影した画像の明るさ等）に応じて、フォーカスレンズ１７０の位置を制御するレンズアクチュエータに与える制御信号をデジタル制御信号およびアナログ制御信号の一方に切り替える。たとえば、撮影時の明るさが所定レベル以上であればノイズが混入したとしてもその影響が小さいため、デジタルビデオカメラ１００はＰＷＭ制御によるデジタル制御信号に切り替える。一方、撮影時の明るさが所定レベルよりも小さくなればノイズの影響が大きくなるため、デジタルビデオカメラ１００は上述のデジタル制御信号からアナログ制御信号に切り替える。被写体条件に応じてデジタル制御信号およびアナログ制御信号を切り替えることにより、省電力化とノイズ低減とを実現することができる。
【００２２】
以下、デジタルビデオカメラ１００の構成を詳細に説明する。
【００２３】
デジタルビデオカメラ１００の光学系は、ズームレンズ１１０、光学式手振れ補正回路（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ；ＯＩＳ）１４０、フォーカスレンズ１７０を含む。ズームレンズ１１０は、ズームアクチュエータ１３０に駆動されて光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像を拡大又は縮小させることが可能である。また、フォーカスレンズ１７０は、フォーカスアクチュエータ２９０に駆動されて光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像への焦点距離を調整する。
【００２４】
ＯＩＳ１４０は、内部に光軸に垂直な面内で移動可能な補正レンズを有する。ＯＩＳ１４０は、ＯＩＳアクチュエータ１５０に駆動されてデジタルビデオカメラ１００の振れを相殺する方向に補正レンズを駆動することにより、被写体像の振れを低減する。
【００２５】
ズームアクチュエータ１３０は、ズームドライバ３１０からの制御信号に基づいてズームレンズ１１０を駆動する。ズームモータ１３０は、パルスモータやＤＣモータ、リニアモータ、サーボモータなどで実現してもよい。ズームモータ１３０は、カム機構やボールネジなどの機構を介してズームレンズ１１０を駆動するようにしてもよい。検出器１２０は、ズームレンズ１１０が光軸上でどの位置に存在するのかを検出する。検出器１２０は、ズームレンズ１１０の光軸方向への移動に応じて、ブラシ等のスイッチによりズームレンズの位置に関する信号を出力する。
【００２６】
ＯＩＳアクチュエータ１５０は、ＯＩＳドライバ３２０からの制御信号に基づいてＯＩＳ１４０内の補正レンズを光軸と垂直な面内で駆動する。ＯＩＳアクチュエータ１５０は、平面コイルや超音波モータなどで実現できる。また、検出器１６０は、ＯＩＳ１４０内における補正レンズの移動量を検出する。
【００２７】
図２は、フォーカスアクチュエータ２９０の構成の一例示す構成図である。フォーカスアクチュエータ２９０は、たとえばデジタルビデオカメラ１００のレンズ鏡筒に配置される。図２には、フォーカスアクチュエータ２９０とともにフォーカスレンズ１７０も示されている。フォーカスレンズ１７０は、移動枠７１に固定されている。移動枠７１は、通常樹脂材を成形して構成される。
【００２８】
フォーカスアクチュエータ２９０は、駆動コイル２９１と、位置センサ２９２と、駆動用マグネット２９３および２９４とを備えている。本実施の形態において、位置センサ２９２は、フォーカスレンズの位置を検出するために設けられており、磁気抵抗変換素子（ＭＲ素子）と微小なピッチで着磁された四角柱のマグネットとで構成される。なお、フォーカスレンズ１７０と対向して近接する位置にＣＭＯＳイメージセンサー１８０が取り付けられるが、図２にはＣＭＯＳイメージセンサー１８０は図示されていない。
【００２９】
再び図１を参照する。
【００３０】
ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、ズームレンズ１１０等からなる光学系で形成された被写体像を撮像して、映像データを生成する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、露光、転送、電子シャッタなどの各種動作を行う。
【００３１】
画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して各種の処理を施す。より具体的に説明すると、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して処理を施し、液晶モニタ２７０に表示するための映像データを生成する。また画像処理部１９０は、メモリカード２４０に再格納するための映像データを生成する。例えば、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対してガンマ補正やホワイトバランス補正、傷補正などの各種処理を行う。また、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して、Ｈ．２６４規格やＭＰＥＧ２規格に準拠した圧縮形式等により映像データを圧縮する。画像処理部１９０は、ＤＳＰやマイコンなどで実現可能である。
【００３２】
コントローラー２１０は、デジタルビデオカメラ１００の全体の動作を制御する。コントローラー２１０は、半導体素子などで実現可能である。コントローラー２１０は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。または、コントローラー２１０は、マイコンなどでも実現できる。
【００３３】
メモリ２００は、画像処理部１９０及びコントローラー２１０のワークメモリとして機能する。メモリ２００は、例えば、ＤＲＡＭ、強誘電体メモリなどで実現できる。
【００３４】
液晶モニタ２７０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成した映像データが示す画像や、メモリカード２４０から読み出した映像データが示す画像を表示可能である。
【００３５】
ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材等で構成される。ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材を一定周波数で振動させコリオリ力による力を電圧に変換して角速度情報を得る。ジャイロセンサー２２０から角速度情報を得、この揺れを相殺する方向にＯＩＳ内の補正レンズを駆動させることにより、デジタルビデオカメラ１００は、使用者による手振れを補正する。
【００３６】
カードスロット２３０は、メモリカード２４０を着脱可能である。カードスロット２３０は、機械的及び電気的にメモリカード２４０と接続可能である。メモリカード２４０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、データを格納可能である。
【００３７】
内部メモリ２８０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで構成される。内部メモリ２８０は、デジタルビデオカメラ１００全体を制御するための制御プログラム等を格納する。
【００３８】
操作部２５０は、使用者から画像の撮像指示を受け付ける。ズームレバー２６０は、使用者からズーム倍率の変更指示を受け付ける部材である。
【００３９】
〔２．フォーカスドライバの詳細な構成〕
次に、図３を参照しながら、フォーカスドライバ３００の詳細な構成を説明する。図３は、フォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【００４０】
まず図３を説明する。
【００４１】
制御信号の流れを説明するために、図３にはフォーカスドライバ３００とともに、コントローラー２１０およびフォーカスアクチュエータ２９０が示されている。
【００４２】
コントローラー２１０は、複数の機能ブロックを有している。そのうち、図３には、被写体の映像が合焦するフォーカスレンズの位置を算出する位置制御部２１１と、撮影画像の明るさすなわち被写体の光量を検出する光量検出部２１２とが示されている。フォーカスアクチュエータ２９０は、フォーカスレンズ１７０を駆動する駆動コイル２９１と、フォーカスレンズ１７０の位置を検出する位置センサ２９２とを有している。
【００４３】
次に、フォーカスドライバ３００の詳細を説明する。フォーカスドライバ３００は、ＰＩＤ回路３０１と、ＤＡ変換回路３０２と、ＰＷＭ変換回路３０３と、センサ処理回路３０４と、種々の回路要素を備えている。センサ処理回路３０４は、位置センサ２９２の信号をデジタルの位置情報に変換する。ＰＩＤ回路３０１は、位置制御部２１１の信号とセンサ処理回路３０４の信号の差分信号をデジタル処理によって比例、積分、微分演算を行う。
【００４４】
ＤＡ変換回路３０２は、ＰＩＤ回路３０１のデジタル出力信号をアナログ信号に変換する。ＰＷＭ変換回路３０３は、ＰＩＤ回路３０１のデジタル出力信号を２相のＰＷＭ信号に変換する。
【００４５】
種々の回路要素として、フォーカスドライバ３００は、抵抗３０５、３０６、３１０、３１１、３１９ａ、３１９ｂと、パワーオペアンプ３１２および３１３と、電源３１４と、オペアンプ３２０と、スイッチ３１５〜３１８とを有している。
【００４６】
パワーオペアンプ３１２、３１３は、比較的大電流を出力することが可能である。抵抗３０５、３０６は、比較的高抵抗でそれぞれ同一の抵抗値を有している。抵抗３０５は、ＤＡ変換回路３０２の出力とパワーオペアンプ回路３１２の反転入力端子に接続される。抵抗３０６は、パワーオペアンプ回路３１２の反転入力端子と出力端子との間に接続される。抵抗３０５、３０６およびパワーオペアンプ回路３１２はゲイン１倍の反転増幅回路を構成する。
【００４７】
抵抗３１０、３１１は、同一で比較的高い抵抗値を有している。抵抗３１０は、パワーオペアンプ回路３１２の出力とパワーオペアンプ回路３１３の反転入力端子との間に接続される。抵抗３１１は、パワーオペアンプ回路３１３のマイナス入力端子と出力端子との間に接続される。抵抗３１０、３１１およびパワーオペアンプ回路３１３はゲイン１倍の反転増幅回路を構成する。
【００４８】
抵抗３１９ａおよび３１９ｂは、同一で比較的高い抵抗値を有している。オペアンプ３２０は、反転入力端子と出力端子を接続したボルテージフォロワ回路である。抵抗３１９ａおよび３１９ｂとオペアンプ３２０とは、電源３１４の１／２の電圧を出力する基準電圧源を構成する。
【００４９】
パワーオペアンプ回路３１２および３１３の正転入力端子には、比較的高抵抗値の抵抗３１９ａおよび３１９ｂを介してオペアンプ３２０の出力が接続される。
【００５０】
光量検出部２１２は、その出力信号により、スイッチ３１５〜３１８を接続するか開放するかを制御する。スイッチ３１５は、オペアンプ３１２の正転入力とオペアンプ３２０の出力に接続される。スイッチ３１６は、ＰＷＭ変換回路３０３の正方向出力とパワーオペアンプ回路３１２の正転入力端子との間に接続される。スイッチ３１７は、ＰＷＭ変換回路３０３の負方向出力とパワーオペアンプ回路３１３の正転入力端子との間に接続される。スイッチ３１８は、オペアンプ３１２の正転入力とオペアンプ３２０の出力に接続される。
【００５１】
〔３．フォーカスレンズの駆動動作〕
次に、図３〜図５Ｂを参照しながら、デジタルビデオカメラ１００におけるフォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明する。
【００５２】
本実施形態においては、フォーカスドライバ３００は、フォーカスアクチュエータ２９０を駆動するために「デジタル制御信号」および「アナログ制御信号」という２種類の制御信号を生成する。本明細書において、「デジタル制御信号」とは、ＰＷＭ信号に代表される、パルス波形を有する信号をいう。また、「アナログ制御信号」とは、デジタル制御信号に該当しない、非パルス波形の信号をいう。たとえば、ＤＣ信号やＤＣ信号に近い制御信号は「アナログ制御信号」に該当する。
【００５３】
図４は、フォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明するための、フォーカスドライバ３００の処理手順を示すフローチャートである。図５Ａは、フォーカスドライバ３００が出力するアナログ制御信号の波形図である。また図５Ｂは、フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。
【００５４】
デジタルビデオカメラ１００の電源が投入されると、はじめにコントローラー２１０は、現在のデジタルビデオカメラ１００の動作モードが撮影モードか再生モードかを判定する。本実施形態にかかるフォーカスレンズの駆動動作は、撮影モード時に行われる。そこで以下では、撮影モードであると判定されたとして説明する（ステップＳ１００）。
【００５５】
ステップＳ１１０においてコントローラー２１０の光量検出部２１２（図３）は、撮影画像の明るさ、即ち撮影している被写体の光量を検出する。光量は、撮像素子からの出力信号の平均値に基づいて検出してもよいし、光センサ（図示せず）からの出力信号に基づいて検出してもよい。
【００５６】
ステップＳ１２０において、光量検出部２１２は、撮影画像の明るさが所定のレベル以上かそれより小さいかを検出する。
【００５７】
明るさが所定のレベルより小さい場合は、処理はステップＳ１３０に進む。フォーカスドライバ３００は、アナログ制御信号をフォーカスアクチュエータ２９０へ送り、そのアナログ制御信号により、フォーカスアクチュエータ２９０はフォーカスレンズ１７０の位置を制御する（ステップＳ１３０）。被写体条件が十分明るいとは言えないときには光量の確保が困難である。このようなときは、ＰＷＭ駆動に起因するノイズが画像に与える影響は大きい。よってデジタル制御信号に基づくＰＷＭ駆動を行わず、アナログ制御信号に基づいてフォーカスレンズ１７０を駆動する。
【００５８】
以下、ステップＳ１３０の処理の詳細を説明する。
【００５９】
まずフォーカスドライバ３００は、スイッチ３１５と３１６と３１７と３１８を開放状態にする。これにより、フォーカスドライバ３００は、ＤＡ変換回路３０２が出力するアナログ信号で動作することになる。パワーオペアンプ３１２と３１３の正転入力端子は、電源電圧の１／２の電圧が入力されている。
【００６０】
ＤＡ変換回路３０２の出力がフルスケールの１／２のすなわち電源電圧の１／２の電圧の場合には、コイル２９１の両端に電位差は発生せず、フォーカスレンズの駆動電流がゼロとなる。図５Ａ（ａ）は、駆動電流がゼロのときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６１】
次に、ＤＡ変換回路３０２の出力が最小値即ち０Ｖの時は、コイル２９１のＣ＋端子に最大電圧即ちほぼ電源電圧が印加され、コイル２９１のＣ−端子には、最小電圧即ちほぼ０Ｖが印加される。この時コイル電流は、Ｃ＋方向からＣ−方向に向かって流れる（これを正方向の駆動電流とする）。図５Ａ（ｂ）は、正方向の駆動電流が最大のときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６２】
ＤＡ変換回路３０２の出力が最大値即ち電源電圧の時に、コイルのＣ＋端子に最小電圧即ちほぼ０Ｖが印加され、コイルのＣ−端子には、最大電圧即ちほぼ電源電圧が印加される。この時コイル電流は、Ｃ−方向からＣ＋方向に向かって流れる（これを負方向の駆動電流とする）。図５Ａ（ｃ）は、負方向の駆動電流が最大のときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６３】
このように駆動コイル２９１には、基準電圧を中心としてＤＡ変換回路３０２の出力に応じて正方向及び負方向にコイル電流を制御しフォーカスレンズ１７０を駆動する。このコイル電流は、フォーカスドライバ３００からフォーカスアクチュエータ２９０に与えられたアナログ制御信号として機能する。
【００６４】
図４のステップＳ１２０において、撮影画像の明るさが所定のレベル以上の場合は、処理はステップＳ１４０に進む。フォーカスドライバ３００は、デジタル制御信号をフォーカスアクチュエータ２９０へ送り、そのデジタル制御信号により、フォーカスアクチュエータ２９０はフォーカスレンズ１７０の位置を制御する被写体条件が十分明るいと言えるときには光量を確保できる。ＰＷＭ駆動に起因するノイズが画像に与える影響は十分小さいため、デジタル制御信号に基づいてフォーカス制御を行う。
【００６５】
以下、ステップＳ１４０の処理の詳細を説明する。
【００６６】
フォーカスドライバ３００は、スイッチ３１５と３１６と３１７と３１８を閉じて導通状態とする。これにより、フォーカスドライバ３００は、ＰＷＭ変換回路３０３が出力するＰＷＭ信号で動作することになる。
【００６７】
ＰＷＭ変換回路３０３のＰ＋出力がパワーオペアンプ回路３１２の正転入力へ接続され、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ−出力がパワーオペアンプ回路３１３の反転入力へ接続される。抵抗３１８、３１９の抵抗値をスイッチ３１６、３１７のオン抵抗値に対して十分大きくすることで、ＰＷＭ変換回路３０３のパルス信号は歪むことなくパワーオペアンプの正転入力端子へ入力される。
【００６８】
同時にスイッチ３１５とスイッチ３１８は導通状態となっているため、ＰＷＭ変換回路３０３のパルス信号は、オペアンプ３１２とオペアンプ３１３の反転入力に接続されたオペアンプ３２０の出力に接続される。これによりパワーオペアンプ３１２と３１３は、コンパレータ動作となり、正転入力端子のパルス波形が出力端子に出力される。すなわちフォーカスレンズをＰＷＭ信号を利用してデジタル制御信号によって駆動することが出来る。
【００６９】
図５Ｂ（ａ）〜（ｃ）は、フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。デジタル制御信号によれば、パルス波形を利用したＰＷＭ駆動が実現される。
【００７０】
図５Ｂ（ａ）〜（ｃ）において、上段の波形は、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ＋端子（正方向）のＰＷＭ信号を示す。下段の波形は、Ｐ−端子（負方向）のＰＷＭ信号を示す。
【００７１】
ＰＩＤ回路３０１の出力がフルスケールの１／２の時は、正方向、負方向ともに（２）のデューティ５０％のＰＷＭ信号である。この状態では、駆動コイル２９１の両端の電圧波形は同一であるのでコイル電流は流れない。図５Ｂ（ａ）は、出力電流がゼロのときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７２】
ＰＩＤ回路３０１の出力が最大の場合は、正方向出力Ｐ＋端子はデューティ最大となり、負方向出力Ｐ−端子はデューティ最小となる。駆動コイル２９１に印加されるパルス電圧はコイルのインダクタンス成分で平滑され、正方向に最大の電流が流れる。図５Ｂ（ｂ）は、出力電流が正方向で最大のときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７３】
ＰＩＤ回路３０１の出力が最小の場合は、正方向出力Ｐ＋端子はデューティ最小、正方向出力Ｐ−端子はデューティ最大となり、駆動コイル２９１には、負方向に最大の電流が流れる。このようにＰＩＤ回路３０１のフルスケール出力の１／２を基準として正方向及び負方向にＰＷＭ信号でコイル電流を制御してフォーカスレンズ１７０を駆動する。図５Ｂ（ｃ）は、出力電流が負方向で最大のときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７４】
ＰＷＭ駆動の場合は、コイル駆動時の電力効率を高く出来、消費電力を低減出来る効果がある反面、駆動コイルからＣＭＯＳイメージセンサー１８０への電磁ノイズが飛び込む問題がある。
【００７５】
アナログ駆動の場合、コイル駆動時の電力効率が悪く消費電力がやや増加する。しかしながら、駆動コイルからＣＭＯＳイメージセンサー１８０への電磁ノイズを微小に抑えることが可能である。
【００７６】
本発明においては、被写体の明るさが明るくＣＭＯＳイメージセンサー１８０の出力に対して電磁ノイズが問題とならない場合は、ＰＷＭ駆動を行うようにし、被写体の明るさが暗くＣＭＯＳイメージセンサー１８０の出力に対して電磁ノイズが問題となる場合は、アナログ駆動とすることで、撮影時の被写体条件に応じて低消費電力駆動と低照度時の画質を最適に選択できる優れた効果がある。
【００７７】
以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は一例であり、本発明は、これらには限定されない。
【００７８】
図６は、変形例にかかるフォーカスドライバ３００の回路構成図である。図３との相違点は、図３におけるＤＡ変換回路３０２に代えて、抵抗３２１、３２２、コンデンサ３２３、３２４、オペアンプ３２５からなるアクティブフィルタ回路３５０を追加したことである。アクティブフィルタ回路３５０は、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ−出力と抵抗３０５との間に接続される。
【００７９】
本アクティブフィルタ回路３５０により、ＰＷＭ変換回路３０３の負方向ＰＷＭ出力をアナログ信号に変換してアナログ制御信号による駆動を行うことができる。回路全体の動作は、図３と同様である。本実施例においては、ＤＡ変換回路を削除出来るため駆動回路における回路コストの合理化が可能となる。
【００８０】
上述の実施形態においては、被写体条件として撮影画像の明るさを基準としてデジタル制御信号かアナログ制御信号かを切り替えるとして説明した。しかしながら、他の被写体条件も考えられる。たとえば、撮影画像に含まれる高周波成分の程度や、撮影画像のコントラストである。以下、各々を具体的に説明する。
【００８１】
撮影画像に含まれる高周波成分は、たとえば、画像に細かな模様などが含まれているときに多く現れる。そのような画像にノイズが重畳すると、そのような細かな模様がつぶれてしまい、見かけ上の画質が悪くなる。そこで、撮影画像に含まれる高周波成分の量が予め定められた基準値以上のときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をアナログ制御信号に切り替えればよい。一方、高周波成分の量が予め定められた基準値より小さいときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をデジタル制御信号に切り替えればよい。
【００８２】
ここでいう「高周波成分」とは、たとえば撮影した画像をハイパスフィルタ処理することによって求められる、所定レベル以上の周波数成分をいう。高周波成分の算出および算出した値と基準値との比較は、たとえば画像処理部１９０またはコントローラー２１０が行えばよい。
【００８３】
コントラストが低い撮影画像にノイズが重畳すると、見かけ上の画質が悪くなる。そこで、たとえば、撮影画像全体の平均コントラスト値が予め定められた基準値より小さいときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をアナログ制御信号に切り替えればよい。一方、平均コントラスト値が予め定められた基準値以上のときは、フォーカスドライバ３００はズームアクチュエータ１３０に供給する制御信号をデジタル制御信号に切り替えればよい。平均コントラスト値の算出と算出した値と基準値との比較は、たとえば画像処理部１９０またはコントローラー２１０が行えばよい。
【００８４】
上述の実施形態では、フォーカスドライバ３００がフォーカスアクチュエータに供給する制御信号を、デジタル制御信号およびアナログ制御信号の一方に切り替えるとして説明した。しかしながら、切り替えの対象となる制御信号は、ズームドライバ３１０がズームアクチュエータ１３０に供給する制御信号であってもよいし、ＯＩＳドライバ３２０がＯＩＳアクチュエータ１５０に供給する制御信号であってもよい。フォーカスドライバ３００、ズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０のいずれか１つが上述の切り替え処理を行ってもよいし、これらの２つ以上のドライバが切り替え処理を行ってもよい。制御信号を切り替える各ドライバにより、独立して省電力化およびノイズの低減を実現できる。
【００８５】
なお、本願明細書および図面には、ズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０の具体的な回路構成は示していない。しかしながら、図３および図６の構成を参照することにより、当業者であれば周知のズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０の構成を改変して、アナログ制御信号とデジタル制御信号（ＰＷＭ信号）とを切り替える構成を実現することは容易である。
【００８６】
本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の光学系及び駆動系は、図１に示すものに限定されない。例えば、図１では３群構成の光学系を例示しているが、他の群構成のレンズ構成としてもよい。また、それぞれのレンズは、１つのレンズで構成してもよく、複数のレンズから構成されるレンズ群として構成してもよい。
【００８７】
また、実施の形態１では、撮像手段として、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＣＣＤイメージセンサーで構成してもよく、ＮＭＯＳイメージセンサーで構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１００ デジタルカメラ
１１０ ズームレンズ
１２０ 検出器
１３０ ズームモータ
１４０ ＯＩＳ
１５０ ＯＩＳアクチュエータ
１６０ 検出器
１７０ フォーカスレンズ
１８０ ＣＭＯＳイメージセンサー
１９０ 画像処理部
２００ メモリ
２１０ コントローラー
２２０ ジャイロセンサー
２３０ カードスロット
２４０ メモリカード
２５０ 操作部
２６０ ズームレバー
２７０ 液晶モニタ
２８０ 内部メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関する。より具体的には、本発明は、制御信号を利用してアクチュエータを駆動してレンズの位置制御を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光学式記録再生装置の光ピックアップ回路に使用されるフォーカス制御回路を開示する。このフォーカス制御回路は、フォーカスサーチ動作およびフォーカスサーボ動作に共用され、かつ、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動される。このような動作を可能とするために駆動信号をＰＷＭ周期毎に発生するのではなく数周期に１回だけ発生させる制御回路が設けられている。
【０００３】
これにより、ＰＷＭ駆動でも対物レンズの微小移動が可能となり、共通のハードウェアでフォーカスサーチ動作、フォーカスサーボ動作を実現できるため、回路の省電力化、コストダウンが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＷＭ制御は省電力化に非常に有効であるが、その反面、ノイズが発生するという問題がある。ＰＷＭ制御によって駆動コイルやモータを駆動させると、ＰＷＭ制御のオフタイム中のコイルやモータの自己誘導作用によって逆起電力が発生する。これが、いわゆるスイッチングノイズまたは駆動ノイズとなり、他の信号に混入する。その結果、本来必要となる信号の波形を乱し信号品質を低下させてしまう。
【０００６】
上記特許文献１は、ＰＷＭ駆動により生じるノイズに関しては考慮していない。
【０００７】
このようなスイッチングノイズは近年の撮像装置においては無視できない問題である。その理由は、撮像素子の画素数が非常に増加したことによって各撮像素子の受光面積が小さくなり、信号対雑音比が悪化してきたためである。ノイズの影響は、撮影時の被写体条件が悪いとき、たとえば光量が少なく被写体が暗いときには顕著である。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、省電力とノイズ低減とを両立する撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある実施形態にかかる撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、制御信号に基づいて前記少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、前記制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバとを備えている。
【００１０】
前記被写体条件は撮影された画像の明るさに関しており、前記ドライバは、撮影された画像の明るさが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記明るさが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力してもよい。
【００１１】
前記被写体条件は撮影された画像の高周波成分に関しており、前記ドライバは、撮影された画像の高周波成分の量が予め定められた値以上のときは前記アナログ制御信号を出力し、前記高周波成分の量が予め定められた値より小さいときは前記デジタル制御信号を出力してもよい。
【００１２】
前記被写体条件は撮影された画像のコントラストに関しており、前記ドライバは、撮影された画像のコントラストが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記コントラストが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力してもよい。
【００１３】
前記ドライバは、パルス波形の信号を出力する第１回路と、非パルス波形の信号を出力する第２回路と、前記パルス波形の信号および前記非パルス波形の信号を選択的に利用するためのスイッチングを行う少なくとも１つのスイッチとを有しており、前記ドライバは、前記少なくとも１つのスイッチを利用して、前記撮影時の被写体条件に応じてスイッチングを行い、前記パルス波形の信号の利用時には、前記第１回路から出力された前記パルス波形の信号に基づいて前記デジタル信号を生成し、前記非パルス波形の信号の利用時には、前記第２回路から出力された前記非パルス波形の信号に基づいて前記アナログ信号を生成してもよい。
【００１４】
前記第２回路は、前記第１回路が出力した前記パルス波形の信号に基づいて、前記非パルス波形の信号を生成してもよい。
【００１５】
前記少なくとも１つのレンズは、前記撮像素子上の前記被写体像を拡大又は縮小させるズームレンズ、前記被写体像の振れを低減するＯＩＳレンズ、および、被写体像への焦点距離を調整するフォーカスレンズのいずれかを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のある実施形態にかかる撮像装置によれば、アクチュエータに制御信号を出力するドライバは、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替える。デジタル制御信号利用時には省電力化を図ることができ、アナログ制御信号利用時にはノイズ低減を図ることができる。これにより、省電力とノイズ低減を両立できる撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるデジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。
【図２】フォーカスアクチュエータ２９０の構成の一例示す構成図である。
【図３】フォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】フォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明するための、フォーカスドライバ３００の処理手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】フォーカスドライバ３００が出力するアナログ制御信号の波形図である。
【図５Ｂ】フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。
【図６】変形例にかかるフォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による撮像装置の実施形態を説明する。以下では、撮像装置としてデジタルビデオカメラを例に挙げて説明する。
【００１９】
〔１．デジタルビデオカメラの構成〕
本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の電気的構成について、図１を用いて説明する。
【００２０】
図１は、デジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。デジタルビデオカメラ１００は、ズームレンズ１１０等からなる光学系により形成された被写体像をＣＭＯＳイメージセンサー１８０（「撮像素子」とも呼ぶ。）で撮像する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データは、画像処理部１９０で各種処理が施され、メモリカード２４０に格納される。また、メモリカード２４０に格納された映像データは、液晶モニタ２７０で表示可能である。
【００２１】
本実施形態においては、デジタルビデオカメラ１００は、撮影時の被写体条件（撮影した画像の明るさ等）に応じて、フォーカスレンズ１７０の位置を制御するレンズアクチュエータに与える制御信号をデジタル制御信号およびアナログ制御信号の一方に切り替える。たとえば、撮影時の明るさが所定レベル以上であればノイズが混入したとしてもその影響が小さいため、デジタルビデオカメラ１００はＰＷＭ制御によるデジタル制御信号に切り替える。一方、撮影時の明るさが所定レベルよりも小さくなればノイズの影響が大きくなるため、デジタルビデオカメラ１００は上述のデジタル制御信号からアナログ制御信号に切り替える。被写体条件に応じてデジタル制御信号およびアナログ制御信号を切り替えることにより、省電力化とノイズ低減とを実現することができる。
【００２２】
以下、デジタルビデオカメラ１００の構成を詳細に説明する。
【００２３】
デジタルビデオカメラ１００の光学系は、ズームレンズ１１０、光学式手振れ補正回路（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ；ＯＩＳ）１４０、フォーカスレンズ１７０を含む。ズームレンズ１１０は、ズームアクチュエータ１３０に駆動されて光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像を拡大又は縮小させることが可能である。また、フォーカスレンズ１７０は、フォーカスアクチュエータ２９０に駆動されて光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像への焦点距離を調整する。
【００２４】
ＯＩＳ１４０は、内部に光軸に垂直な面内で移動可能な補正レンズを有する。ＯＩＳ１４０は、ＯＩＳアクチュエータ１５０に駆動されてデジタルビデオカメラ１００の振れを相殺する方向に補正レンズを駆動することにより、被写体像の振れを低減する。
【００２５】
ズームアクチュエータ１３０は、ズームドライバ３１０からの制御信号に基づいてズームレンズ１１０を駆動する。ズームモータ１３０は、パルスモータやＤＣモータ、リニアモータ、サーボモータなどで実現してもよい。ズームモータ１３０は、カム機構やボールネジなどの機構を介してズームレンズ１１０を駆動するようにしてもよい。検出器１２０は、ズームレンズ１１０が光軸上でどの位置に存在するのかを検出する。検出器１２０は、ズームレンズ１１０の光軸方向への移動に応じて、ブラシ等のスイッチによりズームレンズの位置に関する信号を出力する。
【００２６】
ＯＩＳアクチュエータ１５０は、ＯＩＳドライバ３２０からの制御信号に基づいてＯＩＳ１４０内の補正レンズを光軸と垂直な面内で駆動する。ＯＩＳアクチュエータ１５０は、平面コイルや超音波モータなどで実現できる。また、検出器１６０は、ＯＩＳ１４０内における補正レンズの移動量を検出する。
【００２７】
図２は、フォーカスアクチュエータ２９０の構成の一例示す構成図である。フォーカスアクチュエータ２９０は、たとえばデジタルビデオカメラ１００のレンズ鏡筒に配置される。図２には、フォーカスアクチュエータ２９０とともにフォーカスレンズ１７０も示されている。フォーカスレンズ１７０は、移動枠７１に固定されている。移動枠７１は、通常樹脂材を成形して構成される。
【００２８】
フォーカスアクチュエータ２９０は、駆動コイル２９１と、位置センサ２９２と、駆動用マグネット２９３および２９４とを備えている。本実施の形態において、位置センサ２９２は、フォーカスレンズの位置を検出するために設けられており、磁気抵抗変換素子（ＭＲ素子）と微小なピッチで着磁された四角柱のマグネットとで構成される。なお、フォーカスレンズ１７０と対向して近接する位置にＣＭＯＳイメージセンサー１８０が取り付けられるが、図２にはＣＭＯＳイメージセンサー１８０は図示されていない。
【００２９】
再び図１を参照する。
【００３０】
ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、ズームレンズ１１０等からなる光学系で形成された被写体像を撮像して、映像データを生成する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、露光、転送、電子シャッタなどの各種動作を行う。
【００３１】
画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して各種の処理を施す。より具体的に説明すると、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して処理を施し、液晶モニタ２７０に表示するための映像データを生成する。また画像処理部１９０は、メモリカード２４０に再格納するための映像データを生成する。例えば、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対してガンマ補正やホワイトバランス補正、傷補正などの各種処理を行う。また、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して、Ｈ．２６４規格やＭＰＥＧ２規格に準拠した圧縮形式等により映像データを圧縮する。画像処理部１９０は、ＤＳＰやマイコンなどで実現可能である。
【００３２】
コントローラー２１０は、デジタルビデオカメラ１００の全体の動作を制御する。コントローラー２１０は、半導体素子などで実現可能である。コントローラー２１０は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。または、コントローラー２１０は、マイコンなどでも実現できる。
【００３３】
メモリ２００は、画像処理部１９０及びコントローラー２１０のワークメモリとして機能する。メモリ２００は、例えば、ＤＲＡＭ、強誘電体メモリなどで実現できる。
【００３４】
液晶モニタ２７０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成した映像データが示す画像や、メモリカード２４０から読み出した映像データが示す画像を表示可能である。
【００３５】
ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材等で構成される。ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材を一定周波数で振動させコリオリ力による力を電圧に変換して角速度情報を得る。ジャイロセンサー２２０から角速度情報を得、この揺れを相殺する方向にＯＩＳ内の補正レンズを駆動させることにより、デジタルビデオカメラ１００は、使用者による手振れを補正する。
【００３６】
カードスロット２３０は、メモリカード２４０を着脱可能である。カードスロット２３０は、機械的及び電気的にメモリカード２４０と接続可能である。メモリカード２４０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、データを格納可能である。
【００３７】
内部メモリ２８０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで構成される。内部メモリ２８０は、デジタルビデオカメラ１００全体を制御するための制御プログラム等を格納する。
【００３８】
操作部２５０は、使用者から画像の撮像指示を受け付ける。ズームレバー２６０は、使用者からズーム倍率の変更指示を受け付ける部材である。
【００３９】
〔２．フォーカスドライバの詳細な構成〕
次に、図３を参照しながら、フォーカスドライバ３００の詳細な構成を説明する。図３は、フォーカスドライバ３００の詳細な構成を示すブロック図である。
【００４０】
まず図３を説明する。
【００４１】
制御信号の流れを説明するために、図３にはフォーカスドライバ３００とともに、コントローラー２１０およびフォーカスアクチュエータ２９０が示されている。
【００４２】
コントローラー２１０は、複数の機能ブロックを有している。そのうち、図３には、被写体の映像が合焦するフォーカスレンズの位置を算出する位置制御部２１１と、撮影画像の明るさすなわち被写体の光量を検出する光量検出部２１２とが示されている。フォーカスアクチュエータ２９０は、フォーカスレンズ１７０を駆動する駆動コイル２９１と、フォーカスレンズ１７０の位置を検出する位置センサ２９２とを有している。
【００４３】
次に、フォーカスドライバ３００の詳細を説明する。フォーカスドライバ３００は、ＰＩＤ回路３０１と、ＤＡ変換回路３０２と、ＰＷＭ変換回路３０３と、センサ処理回路３０４と、種々の回路要素を備えている。センサ処理回路３０４は、位置センサ２９２の信号をデジタルの位置情報に変換する。ＰＩＤ回路３０１は、位置制御部２１１の信号とセンサ処理回路３０４の信号の差分信号をデジタル処理によって比例、積分、微分演算を行う。
【００４４】
ＤＡ変換回路３０２は、ＰＩＤ回路３０１のデジタル出力信号をアナログ信号に変換する。ＰＷＭ変換回路３０３は、ＰＩＤ回路３０１のデジタル出力信号を２相のＰＷＭ信号に変換する。
【００４５】
種々の回路要素として、フォーカスドライバ３００は、抵抗３０５、３０６、３１０、３１１、３１９ａ、３１９ｂと、パワーオペアンプ３１２および３１３と、電源３１４と、オペアンプ３２０と、スイッチ３１５〜３１８とを有している。
【００４６】
パワーオペアンプ３１２、３１３は、比較的大電流を出力することが可能である。抵抗３０５、３０６は、比較的高抵抗でそれぞれ同一の抵抗値を有している。抵抗３０５は、ＤＡ変換回路３０２の出力とパワーオペアンプ回路３１２の反転入力端子に接続される。抵抗３０６は、パワーオペアンプ回路３１２の反転入力端子と出力端子との間に接続される。抵抗３０５、３０６およびパワーオペアンプ回路３１２はゲイン１倍の反転増幅回路を構成する。
【００４７】
抵抗３１０、３１１は、同一で比較的高い抵抗値を有している。抵抗３１０は、パワーオペアンプ回路３１２の出力とパワーオペアンプ回路３１３の反転入力端子との間に接続される。抵抗３１１は、パワーオペアンプ回路３１３のマイナス入力端子と出力端子との間に接続される。抵抗３１０、３１１およびパワーオペアンプ回路３１３はゲイン１倍の反転増幅回路を構成する。
【００４８】
抵抗３１９ａおよび３１９ｂは、同一で比較的高い抵抗値を有している。オペアンプ３２０は、反転入力端子と出力端子を接続したボルテージフォロワ回路である。抵抗３１９ａおよび３１９ｂとオペアンプ３２０とは、電源３１４の１／２の電圧を出力する基準電圧源を構成する。
【００４９】
パワーオペアンプ回路３１２および３１３の正転入力端子には、比較的高抵抗値の抵抗３１９ａおよび３１９ｂを介してオペアンプ３２０の出力が接続される。
【００５０】
光量検出部２１２は、その出力信号により、スイッチ３１５〜３１８を接続するか開放するかを制御する。スイッチ３１５は、オペアンプ３１２の正転入力とオペアンプ３２０の出力に接続される。スイッチ３１６は、ＰＷＭ変換回路３０３の正方向出力とパワーオペアンプ回路３１２の正転入力端子との間に接続される。スイッチ３１７は、ＰＷＭ変換回路３０３の負方向出力とパワーオペアンプ回路３１３の正転入力端子との間に接続される。スイッチ３１８は、オペアンプ３１２の正転入力とオペアンプ３２０の出力に接続される。
【００５１】
〔３．フォーカスレンズの駆動動作〕
次に、図３〜図５Ｂを参照しながら、デジタルビデオカメラ１００におけるフォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明する。
【００５２】
本実施形態においては、フォーカスドライバ３００は、フォーカスアクチュエータ２９０を駆動するために「デジタル制御信号」および「アナログ制御信号」という２種類の制御信号を生成する。本明細書において、「デジタル制御信号」とは、ＰＷＭ信号に代表される、パルス波形を有する信号をいう。また、「アナログ制御信号」とは、デジタル制御信号に該当しない、非パルス波形の信号をいう。たとえば、ＤＣ信号やＤＣ信号に近い制御信号は「アナログ制御信号」に該当する。
【００５３】
図４は、フォーカスレンズ１７０の駆動動作を説明するための、フォーカスドライバ３００の処理手順を示すフローチャートである。図５Ａは、フォーカスドライバ３００が出力するアナログ制御信号の波形図である。また図５Ｂは、フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。
【００５４】
デジタルビデオカメラ１００の電源が投入されると、はじめにコントローラー２１０は、現在のデジタルビデオカメラ１００の動作モードが撮影モードか再生モードかを判定する。本実施形態にかかるフォーカスレンズの駆動動作は、撮影モード時に行われる。そこで以下では、撮影モードであると判定されたとして説明する（ステップＳ１００）。
【００５５】
ステップＳ１１０においてコントローラー２１０の光量検出部２１２（図３）は、撮影画像の明るさ、即ち撮影している被写体の光量を検出する。光量は、撮像素子からの出力信号の平均値に基づいて検出してもよいし、光センサ（図示せず）からの出力信号に基づいて検出してもよい。
【００５６】
ステップＳ１２０において、光量検出部２１２は、撮影画像の明るさが所定のレベル以上かそれより小さいかを検出する。
【００５７】
明るさが所定のレベルより小さい場合は、処理はステップＳ１３０に進む。フォーカスドライバ３００は、アナログ制御信号をフォーカスアクチュエータ２９０へ送り、そのアナログ制御信号により、フォーカスアクチュエータ２９０はフォーカスレンズ１７０の位置を制御する（ステップＳ１３０）。被写体条件が十分明るいとは言えないときには光量の確保が困難である。このようなときは、ＰＷＭ駆動に起因するノイズが画像に与える影響は大きい。よってデジタル制御信号に基づくＰＷＭ駆動を行わず、アナログ制御信号に基づいてフォーカスレンズ１７０を駆動する。
【００５８】
以下、ステップＳ１３０の処理の詳細を説明する。
【００５９】
まずフォーカスドライバ３００は、スイッチ３１５と３１６と３１７と３１８を開放状態にする。これにより、フォーカスドライバ３００は、ＤＡ変換回路３０２が出力するアナログ信号で動作することになる。パワーオペアンプ３１２と３１３の正転入力端子は、電源電圧の１／２の電圧が入力されている。
【００６０】
ＤＡ変換回路３０２の出力がフルスケールの１／２のすなわち電源電圧の１／２の電圧の場合には、コイル２９１の両端に電位差は発生せず、フォーカスレンズの駆動電流がゼロとなる。図５Ａ（ａ）は、駆動電流がゼロのときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６１】
次に、ＤＡ変換回路３０２の出力が最小値即ち０Ｖの時は、コイル２９１のＣ＋端子に最大電圧即ちほぼ電源電圧が印加され、コイル２９１のＣ−端子には、最小電圧即ちほぼ０Ｖが印加される。この時コイル電流は、Ｃ＋方向からＣ−方向に向かって流れる（これを正方向の駆動電流とする）。図５Ａ（ｂ）は、正方向の駆動電流が最大のときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６２】
ＤＡ変換回路３０２の出力が最大値即ち電源電圧の時に、コイルのＣ＋端子に最小電圧即ちほぼ０Ｖが印加され、コイルのＣ−端子には、最大電圧即ちほぼ電源電圧が印加される。この時コイル電流は、Ｃ−方向からＣ＋方向に向かって流れる（これを負方向の駆動電流とする）。図５Ａ（ｃ）は、負方向の駆動電流が最大のときのアナログ制御信号の波形を示している。
【００６３】
このように駆動コイル２９１には、基準電圧を中心としてＤＡ変換回路３０２の出力に応じて正方向及び負方向にコイル電流を制御しフォーカスレンズ１７０を駆動する。このコイル電流は、フォーカスドライバ３００からフォーカスアクチュエータ２９０に与えられたアナログ制御信号として機能する。
【００６４】
図４のステップＳ１２０において、撮影画像の明るさが所定のレベル以上の場合は、処理はステップＳ１４０に進む。フォーカスドライバ３００は、デジタル制御信号をフォーカスアクチュエータ２９０へ送り、そのデジタル制御信号により、フォーカスアクチュエータ２９０はフォーカスレンズ１７０の位置を制御する被写体条件が十分明るいと言えるときには光量を確保できる。ＰＷＭ駆動に起因するノイズが画像に与える影響は十分小さいため、デジタル制御信号に基づいてフォーカス制御を行う。
【００６５】
以下、ステップＳ１４０の処理の詳細を説明する。
【００６６】
フォーカスドライバ３００は、スイッチ３１５と３１６と３１７と３１８を閉じて導通状態とする。これにより、フォーカスドライバ３００は、ＰＷＭ変換回路３０３が出力するＰＷＭ信号で動作することになる。
【００６７】
ＰＷＭ変換回路３０３のＰ＋出力がパワーオペアンプ回路３１２の正転入力へ接続され、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ−出力がパワーオペアンプ回路３１３の反転入力へ接続される。抵抗３１８、３１９の抵抗値をスイッチ３１６、３１７のオン抵抗値に対して十分大きくすることで、ＰＷＭ変換回路３０３のパルス信号は歪むことなくパワーオペアンプの正転入力端子へ入力される。
【００６８】
同時にスイッチ３１５とスイッチ３１８は導通状態となっているため、ＰＷＭ変換回路３０３のパルス信号は、オペアンプ３１２とオペアンプ３１３の反転入力に接続されたオペアンプ３２０の出力に接続される。これによりパワーオペアンプ３１２と３１３は、コンパレータ動作となり、正転入力端子のパルス波形が出力端子に出力される。すなわちフォーカスレンズをＰＷＭ信号を利用してデジタル制御信号によって駆動することが出来る。
【００６９】
図５Ｂ（ａ）〜（ｃ）は、フォーカスドライバ３００が出力するデジタル制御信号の波形図である。デジタル制御信号によれば、パルス波形を利用したＰＷＭ駆動が実現される。
【００７０】
図５Ｂ（ａ）〜（ｃ）において、上段の波形は、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ＋端子（正方向）のＰＷＭ信号を示す。下段の波形は、Ｐ−端子（負方向）のＰＷＭ信号を示す。
【００７１】
ＰＩＤ回路３０１の出力がフルスケールの１／２の時は、正方向、負方向ともに（２）のデューティ５０％のＰＷＭ信号である。この状態では、駆動コイル２９１の両端の電圧波形は同一であるのでコイル電流は流れない。図５Ｂ（ａ）は、出力電流がゼロのときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７２】
ＰＩＤ回路３０１の出力が最大の場合は、正方向出力Ｐ＋端子はデューティ最大となり、負方向出力Ｐ−端子はデューティ最小となる。駆動コイル２９１に印加されるパルス電圧はコイルのインダクタンス成分で平滑され、正方向に最大の電流が流れる。図５Ｂ（ｂ）は、出力電流が正方向で最大のときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７３】
ＰＩＤ回路３０１の出力が最小の場合は、正方向出力Ｐ＋端子はデューティ最小、正方向出力Ｐ−端子はデューティ最大となり、駆動コイル２９１には、負方向に最大の電流が流れる。このようにＰＩＤ回路３０１のフルスケール出力の１／２を基準として正方向及び負方向にＰＷＭ信号でコイル電流を制御してフォーカスレンズ１７０を駆動する。図５Ｂ（ｃ）は、出力電流が負方向で最大のときのＰＷＭ信号波形を示す。
【００７４】
ＰＷＭ駆動の場合は、コイル駆動時の電力効率を高く出来、消費電力を低減出来る効果がある反面、駆動コイルからＣＭＯＳイメージセンサー１８０への電磁ノイズが飛び込む問題がある。
【００７５】
アナログ駆動の場合、コイル駆動時の電力効率が悪く消費電力がやや増加する。しかしながら、駆動コイルからＣＭＯＳイメージセンサー１８０への電磁ノイズを微小に抑えることが可能である。
【００７６】
本発明においては、被写体の明るさが明るくＣＭＯＳイメージセンサー１８０の出力に対して電磁ノイズが問題とならない場合は、ＰＷＭ駆動を行うようにし、被写体の明るさが暗くＣＭＯＳイメージセンサー１８０の出力に対して電磁ノイズが問題となる場合は、アナログ駆動とすることで、撮影時の被写体条件に応じて低消費電力駆動と低照度時の画質を最適に選択できる優れた効果がある。
【００７７】
以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は一例であり、本発明は、これらには限定されない。
【００７８】
図６は、変形例にかかるフォーカスドライバ３００の回路構成図である。図３との相違点は、図３におけるＤＡ変換回路３０２に代えて、抵抗３２１、３２２、コンデンサ３２３、３２４、オペアンプ３２５からなるアクティブフィルタ回路３５０を追加したことである。アクティブフィルタ回路３５０は、ＰＷＭ変換回路３０３のＰ−出力と抵抗３０５との間に接続される。
【００７９】
本アクティブフィルタ回路３５０により、ＰＷＭ変換回路３０３の負方向ＰＷＭ出力をアナログ信号に変換してアナログ制御信号による駆動を行うことができる。回路全体の動作は、図３と同様である。本実施例においては、ＤＡ変換回路を削除出来るため駆動回路における回路コストの合理化が可能となる。
【００８０】
上述の実施形態においては、被写体条件として撮影画像の明るさを基準としてデジタル制御信号かアナログ制御信号かを切り替えるとして説明した。しかしながら、他の被写体条件も考えられる。たとえば、撮影画像に含まれる高周波成分の程度や、撮影画像のコントラストである。以下、各々を具体的に説明する。
【００８１】
撮影画像に含まれる高周波成分は、たとえば、画像に細かな模様などが含まれているときに多く現れる。そのような画像にノイズが重畳すると、そのような細かな模様がつぶれてしまい、見かけ上の画質が悪くなる。そこで、撮影画像に含まれる高周波成分の量が予め定められた基準値以上のときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をアナログ制御信号に切り替えればよい。一方、高周波成分の量が予め定められた基準値より小さいときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をデジタル制御信号に切り替えればよい。
【００８２】
ここでいう「高周波成分」とは、たとえば撮影した画像をハイパスフィルタ処理することによって求められる、所定レベル以上の周波数成分をいう。高周波成分の算出および算出した値と基準値との比較は、たとえば画像処理部１９０またはコントローラー２１０が行えばよい。
【００８３】
コントラストが低い撮影画像にノイズが重畳すると、見かけ上の画質が悪くなる。そこで、たとえば、撮影画像全体の平均コントラスト値が予め定められた基準値より小さいときは、フォーカスドライバ３００はフォーカスアクチュエータ２９０に供給する制御信号をアナログ制御信号に切り替えればよい。一方、平均コントラスト値が予め定められた基準値以上のときは、フォーカスドライバ３００はズームアクチュエータ１３０に供給する制御信号をデジタル制御信号に切り替えればよい。平均コントラスト値の算出と算出した値と基準値との比較は、たとえば画像処理部１９０またはコントローラー２１０が行えばよい。
【００８４】
上述の実施形態では、フォーカスドライバ３００がフォーカスアクチュエータに供給する制御信号を、デジタル制御信号およびアナログ制御信号の一方に切り替えるとして説明した。しかしながら、切り替えの対象となる制御信号は、ズームドライバ３１０がズームアクチュエータ１３０に供給する制御信号であってもよいし、ＯＩＳドライバ３２０がＯＩＳアクチュエータ１５０に供給する制御信号であってもよい。フォーカスドライバ３００、ズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０のいずれか１つが上述の切り替え処理を行ってもよいし、これらの２つ以上のドライバが切り替え処理を行ってもよい。制御信号を切り替える各ドライバにより、独立して省電力化およびノイズの低減を実現できる。
【００８５】
なお、本願明細書および図面には、ズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０の具体的な回路構成は示していない。しかしながら、図３および図６の構成を参照することにより、当業者であれば周知のズームドライバ３１０およびＯＩＳドライバ３２０の構成を改変して、アナログ制御信号とデジタル制御信号（ＰＷＭ信号）とを切り替える構成を実現することは容易である。
【００８６】
本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の光学系及び駆動系は、図１に示すものに限定されない。例えば、図１では３群構成の光学系を例示しているが、他の群構成のレンズ構成としてもよい。また、それぞれのレンズは、１つのレンズで構成してもよく、複数のレンズから構成されるレンズ群として構成してもよい。
【００８７】
また、実施の形態１では、撮像手段として、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＣＣＤイメージセンサーで構成してもよく、ＮＭＯＳイメージセンサーで構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１００ デジタルカメラ
１１０ ズームレンズ
１２０ 検出器
１３０ ズームモータ
１４０ ＯＩＳ
１５０ ＯＩＳアクチュエータ
１６０ 検出器
１７０ フォーカスレンズ
１８０ ＣＭＯＳイメージセンサー
１９０ 画像処理部
２００ メモリ
２１０ コントローラー
２２０ ジャイロセンサー
２３０ カードスロット
２４０ メモリカード
２５０ 操作部
２６０ ズームレバー
２７０ 液晶モニタ
２８０ 内部メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
前記撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、
制御信号に基づいて前記少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、
前記制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバと
を備えた、撮像装置。
【請求項２】
前記被写体条件は撮影された画像の明るさに関しており、
前記ドライバは、撮影された画像の明るさが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記明るさが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記被写体条件は撮影された画像の高周波成分に関しており、
前記ドライバは、撮影された画像の高周波成分の量が予め定められた値以上のときは前記アナログ制御信号を出力し、前記高周波成分の量が予め定められた値より小さいときは前記デジタル制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記被写体条件は撮影された画像のコントラストに関しており、
前記ドライバは、撮影された画像のコントラストが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記コントラストが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ドライバは、
パルス波形の信号を出力する第１回路と、
非パルス波形の信号を出力する第２回路と、
前記パルス波形の信号および前記非パルス波形の信号を選択的に利用するためのスイッチングを行う少なくとも１つのスイッチと
を有しており、
前記ドライバは、
前記少なくとも１つのスイッチを利用して、前記撮影時の被写体条件に応じてスイッチングを行い、
前記パルス波形の信号の利用時には、前記第１回路から出力された前記パルス波形の信号に基づいて前記デジタル信号を生成し、
前記非パルス波形の信号の利用時には、前記第２回路から出力された前記非パルス波形の信号に基づいて前記アナログ信号を生成する、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第２回路は、前記第１回路が出力した前記パルス波形の信号に基づいて、前記非パルス波形の信号を生成する、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレンズは、前記撮像素子上の前記被写体像を拡大又は縮小させるズームレンズ、前記被写体像の振れを低減するＯＩＳレンズ、および、被写体像への焦点距離を調整するフォーカスレンズのいずれかを含む、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１】
撮像素子と、
前記撮像素子上に被写体像を形成する少なくとも１つのレンズと、
制御信号に基づいて前記少なくとも１つのレンズを駆動するアクチュエータと、
前記制御信号を出力するドライバであって、撮影時の被写体条件に応じて、アナログ制御信号を出力するかデジタル制御信号を出力するかを切り替えるドライバと
を備えた、撮像装置。
【請求項２】
前記被写体条件は撮影された画像の明るさに関しており、
前記ドライバは、撮影された画像の明るさが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記明るさが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記被写体条件は撮影された画像の高周波成分に関しており、
前記ドライバは、撮影された画像の高周波成分の量が予め定められた値以上のときは前記アナログ制御信号を出力し、前記高周波成分の量が予め定められた値より小さいときは前記デジタル制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記被写体条件は撮影された画像のコントラストに関しており、
前記ドライバは、撮影された画像のコントラストが予め定められた値以上のときは前記デジタル制御信号を出力し、前記コントラストが予め定められた値より小さいときは前記アナログ制御信号を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ドライバは、
パルス波形の信号を出力する第１回路と、
非パルス波形の信号を出力する第２回路と、
前記パルス波形の信号および前記非パルス波形の信号を選択的に利用するためのスイッチングを行う少なくとも１つのスイッチと
を有しており、
前記ドライバは、
前記少なくとも１つのスイッチを利用して、前記撮影時の被写体条件に応じてスイッチングを行い、
前記パルス波形の信号の利用時には、前記第１回路から出力された前記パルス波形の信号に基づいて前記デジタル信号を生成し、
前記非パルス波形の信号の利用時には、前記第２回路から出力された前記非パルス波形の信号に基づいて前記アナログ信号を生成する、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第２回路は、前記第１回路が出力した前記パルス波形の信号に基づいて、前記非パルス波形の信号を生成する、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレンズは、前記撮像素子上の前記被写体像を拡大又は縮小させるズームレンズ、前記被写体像の振れを低減するＯＩＳレンズ、および、被写体像への焦点距離を調整するフォーカスレンズのいずれかを含む、請求項１に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２１５１９（Ｐ２０１１−２２１５１９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４７８８（Ｐ２０１１−６４７８８）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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